涂義根，熊首成

（1.江西省公路投資有限公司，江西 南昌 330000；2.江西路通科技有限公司，江西 南昌 330000）

0 引言

通信系統(tǒng)是高速公路機(jī)電系統(tǒng)的重要組成部分，通信系統(tǒng)以光纖數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)為主，并發(fā)揮著各類數(shù)據(jù)傳輸通道及載體的重要功能。傳統(tǒng)的MSTP 數(shù)據(jù)傳輸方式技術(shù)成熟，且使用率高，MSTP+RPR 技術(shù)作為MSTP 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的完善形式，在當(dāng)前高速公路通信系統(tǒng)中應(yīng)用也較為廣泛。但是其造價(jià)較高，也未完全擺脫MSTP 數(shù)據(jù)傳輸方式固定帶寬限制，缺乏實(shí)用性。當(dāng)前高速公路全部業(yè)務(wù)中，IP 業(yè)務(wù)帶寬占比已經(jīng)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)電路業(yè)務(wù)，但是語(yǔ)音業(yè)務(wù)作為應(yīng)急系統(tǒng)，所采用的通信技術(shù)很難靈活調(diào)用IP業(yè)務(wù)，為此必須重新構(gòu)建高速公路傳輸網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，使其既可以面向傳統(tǒng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)接口，又具備統(tǒng)一處理平臺(tái)，能有效支持大容量多業(yè)務(wù)應(yīng)用。

1 PTN技術(shù)概述

PTN（Packet Transport Network）分組傳送網(wǎng)以IP為內(nèi)核，兼容TDM業(yè)務(wù)的技術(shù)可在統(tǒng)一分組轉(zhuǎn)發(fā)平面承載不同業(yè)務(wù)，提升業(yè)務(wù)匯聚能力，并使網(wǎng)絡(luò)管理及運(yùn)維過(guò)程大大簡(jiǎn)化。PTN技術(shù)基于MPLS-TP協(xié)議，采用SDH 模式的端至端網(wǎng)絡(luò)以支持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)，該技術(shù)具備TDM ATM over Packet 業(yè)務(wù)接入及匯聚能力，并支持時(shí)鐘同步及以太網(wǎng)端至端監(jiān)管維護(hù)，對(duì)于多業(yè)務(wù)環(huán)境較為適用。PTN 設(shè)備功能結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。當(dāng)前，高速公路IP 業(yè)務(wù)量已經(jīng)遠(yuǎn)超出TDM 業(yè)務(wù)容量，IP 業(yè)務(wù)也有更高的安全保障要求。當(dāng)前高速公路運(yùn)行數(shù)據(jù)中實(shí)時(shí)圖像占用帶寬大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃约把訒r(shí)要求高，為應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，還要求通信網(wǎng)絡(luò)必須具備可擴(kuò)充性，能靈活支持應(yīng)急處置[1]。PTN 設(shè)備在IP 化的網(wǎng)絡(luò)中主要定位于城域的匯聚接入層，以便解決RAN IP 化后基站FE 無(wú)線回傳問(wèn)題，PTN 設(shè)備同時(shí)承載全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中高質(zhì)量以太網(wǎng)IP 專線業(yè)務(wù)。PTN 技術(shù)以分組架構(gòu)為基礎(chǔ)，繼承MSTP 理念、融合Ethernet 和MSTP 技術(shù)優(yōu)勢(shì)，屬于下一代分組承載技術(shù)。

圖1 PTN設(shè)備功能結(jié)構(gòu)

2 技術(shù)比較

PTN 技術(shù)充分集成了IP 技術(shù)和SDH 技術(shù)優(yōu)勢(shì)，數(shù)據(jù)容量、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及安全性方面均較為突出；PTN技術(shù)與SDH/MSTP 技術(shù)相比還增加了統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能，便于不同場(chǎng)景帶寬靈活分配；PTN 技術(shù)與IP 技術(shù)相比擴(kuò)充了50ms 快速倒換功能及TDM 業(yè)務(wù)的承載能力。PTN 技術(shù)與其他高速公路常見(jiàn)通信技術(shù)的比較見(jiàn)表1。

表1 PTN技術(shù)與其他高速公路通信技術(shù)的比較

3 技術(shù)特征

在高速公路通信系統(tǒng)中應(yīng)用PTN 技術(shù)，可充分利用該技術(shù)彈性通道、星形、低時(shí)延、低誤碼及低丟包的數(shù)據(jù)信息傳輸優(yōu)勢(shì)；在當(dāng)前高速公路通信領(lǐng)域IP需求大量涌現(xiàn)但MSTP 網(wǎng)絡(luò)也已大量部署，PTN 技術(shù)能與現(xiàn)有MSTP 設(shè)備實(shí)現(xiàn)良好互聯(lián)，并有效承載TDM 業(yè)務(wù)，從而順利過(guò)渡至全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)[2]。

然而，PTN 技術(shù)屬于新興技術(shù)，運(yùn)營(yíng)時(shí)間不長(zhǎng)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范并不完善，可借鑒經(jīng)驗(yàn)也較少，其在應(yīng)用于高速公路通信系統(tǒng)方面還存在一定風(fēng)險(xiǎn)：PTN技術(shù)基于IP 技術(shù)內(nèi)核，參考的是SDH 保護(hù)特性，必須預(yù)設(shè)保護(hù)路由器并留足恢復(fù)時(shí)間，隨著網(wǎng)絡(luò)層級(jí)的增加，其恢復(fù)速度必將減緩；IP內(nèi)核采用類似SDH的網(wǎng)絡(luò)管理模式，要求運(yùn)維及管理人員必須同時(shí)掌握IP協(xié)議配置和SDH配置技術(shù)。

當(dāng)前，PTN 技術(shù)已經(jīng)在中國(guó)移動(dòng)得到廣泛應(yīng)用，并伴隨著中國(guó)移動(dòng)的大量布網(wǎng)，該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)形成較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，這也為該技術(shù)在高速公路通信系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了運(yùn)行基礎(chǔ)。

4 PTN技術(shù)的應(yīng)用方式

4.1 混合組網(wǎng)

高速公路通信系統(tǒng)中PTN 技術(shù)的接入方式依高速公路模式而不同，PTN 技術(shù)混合組網(wǎng)的應(yīng)用方式主要根據(jù)公路運(yùn)行狀態(tài)，在原通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模中接入PTN 通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以使公路通信系統(tǒng)內(nèi)兩種及以上組網(wǎng)方式同時(shí)并存。而針對(duì)具體路段，也可采用特有的混合組網(wǎng)接入方式。此外，PTN 技術(shù)混合組網(wǎng)還適用于新建公路通信系統(tǒng)，進(jìn)而得到基于SDH 的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)MSTP組網(wǎng)應(yīng)用形式，將PTN組網(wǎng)接入鄰近的MSTP網(wǎng)絡(luò)，以形成PTN+MSTP 的綜合性高速公路通信系統(tǒng)。這種組網(wǎng)方式對(duì)于未進(jìn)行干線搭建的公路網(wǎng)絡(luò)較為適用，高速公路干線傳輸網(wǎng)的片區(qū)分中心主要通過(guò)匯總方式接入省中心，以便進(jìn)行公路通信系統(tǒng)運(yùn)行的統(tǒng)一規(guī)劃指導(dǎo)，使通信傳輸和管理水平顯著提升。這種混合組網(wǎng)方式有助于改進(jìn)和規(guī)范原通信系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)，便于PTN 技術(shù)的合理規(guī)劃應(yīng)用，推進(jìn)高速公路通信系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化。但是該組網(wǎng)模式在通信網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)初期，要求系統(tǒng)中PTN設(shè)備必須具備兼容SDH的功能，這就使網(wǎng)絡(luò)對(duì)IP業(yè)務(wù)的傳送能力受到較大限制和弱化，且后期涉及大量業(yè)務(wù)切割和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)壓力。所以，混合組網(wǎng)方式僅適用于干線網(wǎng)絡(luò)初步建成且管理水平較高的省份。

4.2 獨(dú)立組網(wǎng)

混合組網(wǎng)方式是在PTN 技術(shù)中引入MSTP 技術(shù)而得到的新功能，而高速公路通信系統(tǒng)中的獨(dú)立組網(wǎng)方式則充分體現(xiàn)了PTN 技術(shù)獨(dú)立運(yùn)行優(yōu)勢(shì)。在這種應(yīng)用方式下，高速公路通信以及后期的干線網(wǎng)絡(luò)均采用PTN 技術(shù)與設(shè)備，單獨(dú)搭建PTN 網(wǎng)絡(luò)，僅憑PTN 技術(shù)獨(dú)立完成。在獨(dú)立組網(wǎng)過(guò)程中，通常先構(gòu)建起PTN 網(wǎng)絡(luò)，基于此，再構(gòu)建分組傳輸平臺(tái)和獨(dú)立操作系統(tǒng)，以使通信系統(tǒng)內(nèi)PTN 網(wǎng)絡(luò)和MSTP 網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立并行。這種高速公路通信系統(tǒng)獨(dú)立組網(wǎng)方式結(jié)構(gòu)功能清晰明確，運(yùn)維管理簡(jiǎn)便，高速公路各通信區(qū)域均具備獨(dú)立運(yùn)行的通信系統(tǒng)，最終由省中心集中管理，使公路通信系統(tǒng)運(yùn)行效率顯著提升。

4.3 聯(lián)合-雙平面組網(wǎng)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)高速公路通信系統(tǒng)中已經(jīng)建立起MSTP通信網(wǎng)絡(luò)，以現(xiàn)有MSTP 通信網(wǎng)絡(luò)為依托，直接應(yīng)用PTN 技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合組網(wǎng)。根據(jù)高速公路通信需求，PTN 技術(shù)必須選擇新的路段接入至新的路網(wǎng)內(nèi)。聯(lián)合組網(wǎng)方式與混合組網(wǎng)不同，聯(lián)合組網(wǎng)方式下PTN 組網(wǎng)和既有MSTP 網(wǎng)絡(luò)相互共存。隨著我國(guó)高速公路建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，干線公路數(shù)量激增，PTN 設(shè)備量也隨之增多，并大幅超出MSTP設(shè)備量，為此在聯(lián)合-雙平面組網(wǎng)過(guò)程中應(yīng)積極推進(jìn)PTN 技術(shù)應(yīng)用，逐步取代原MSTP 通信網(wǎng)絡(luò)，最終完全建成PTN 網(wǎng)絡(luò)。這種組網(wǎng)方式在我國(guó)高速公路通信系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)用最為普遍，也最為符合我國(guó)高速公路通信系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展實(shí)際情況。

5 PTN技術(shù)在實(shí)例工程中的應(yīng)用

5.1 工程概況

某高速公路全長(zhǎng)90.893km，雙向四車(chē)道設(shè)計(jì)，行車(chē)速度120km/h，本次通信系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目起訖樁號(hào)K201+500—K285+870。該高速公路通信系統(tǒng)建設(shè)主要為公路運(yùn)營(yíng)監(jiān)控、管理、收費(fèi)等提供數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像傳輸渠道，擬建通信系統(tǒng)主要為采用光纖數(shù)字傳輸及數(shù)字交換系統(tǒng)的全數(shù)字綜合業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)。該高速公路通信系統(tǒng)包括通信分中心和無(wú)人值守通信站二級(jí)管理體制。該公路與已建相鄰公路共用通信、監(jiān)控、收費(fèi)，借用原語(yǔ)音交換及PTN6300 型OLT 設(shè)備，該設(shè)備無(wú)法與原MSTP方式組環(huán)，且網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性不良，通信質(zhì)量無(wú)法保證。PTN 技術(shù)的應(yīng)用可以在保持原PTN 傳輸方式的基礎(chǔ)上提升通信質(zhì)量，提高接入網(wǎng)系統(tǒng)帶寬容量，實(shí)現(xiàn)更多通信業(yè)務(wù)功能。

5.2 PTN技術(shù)的應(yīng)用

5.2.1 PTN設(shè)計(jì)方案

（1）組網(wǎng)方案選擇

該高速公路通信系統(tǒng)中應(yīng)用的是PTN 技術(shù)，考慮到后期運(yùn)行維護(hù)的便利性，其通信分中心整體通過(guò)PTN 組網(wǎng)，并采用中興ZX-6300 及ZXCTN6.10 設(shè)備與之相配套，確保PTN 與組網(wǎng)充分融合。在分中心目前業(yè)務(wù)容量的基礎(chǔ)上增設(shè)了兩個(gè)GE 光接口，用于PTN傳輸網(wǎng)絡(luò)之間的連接。該高速公路所包括的7 個(gè)通信站的通信傳輸業(yè)務(wù)類型均在以太網(wǎng)下得到進(jìn)一步拓寬。

（2）數(shù)據(jù)傳輸通路

在PTN 技術(shù)應(yīng)用于高速公路通信系統(tǒng)的過(guò)程中，數(shù)據(jù)傳輸通路必須結(jié)合PTN 技術(shù)進(jìn)行規(guī)劃。本工程中數(shù)據(jù)傳輸通路設(shè)計(jì)必須體現(xiàn)以下要點(diǎn)：①通信監(jiān)控傳輸通路設(shè)計(jì)。此公路全段均安裝有監(jiān)控設(shè)備，PTN 組網(wǎng)的相關(guān)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸至通信站監(jiān)控分中心，并利用數(shù)據(jù)光端機(jī)以及以太網(wǎng)的作用，最終傳輸至通信站總控中心；②收費(fèi)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸通路。PTN技術(shù)處理通信站接入設(shè)備數(shù)據(jù)并匯總后通過(guò)收費(fèi)系統(tǒng)接入以太網(wǎng)，將相關(guān)匯總后的數(shù)據(jù)全部上傳至收費(fèi)中心；③收費(fèi)系統(tǒng)圖像數(shù)據(jù)傳輸通路。通信系統(tǒng)內(nèi)的編碼轉(zhuǎn)化功能可使圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，在視頻交換機(jī)及PTN 組網(wǎng)的協(xié)助下，圖像數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)導(dǎo)入監(jiān)控中心；④電源監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸通路。高速公路通信站電源體系相對(duì)獨(dú)立，其電源監(jiān)控為通信系統(tǒng)正常運(yùn)行提供支持，語(yǔ)音數(shù)據(jù)也通過(guò)相同方式轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，借助以太網(wǎng)和PTN 組網(wǎng)上傳至監(jiān)控中心。

5.2.2 組網(wǎng)方式

考慮到該高速公路通信系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程，并出于成本控制的需要，主要采取聯(lián)合-雙平面組網(wǎng)方式，也就是以現(xiàn)有MSTP 通信網(wǎng)絡(luò)為依托，以業(yè)務(wù)需求量較大的新建路段為發(fā)起，從現(xiàn)有MSTP 通信網(wǎng)絡(luò)模式開(kāi)始按照“MSTP 網(wǎng)絡(luò)→MSTP+PTN 聯(lián)合組網(wǎng)→獨(dú)立組網(wǎng)”的階段實(shí)施[3]，最終實(shí)現(xiàn)全線路通信系統(tǒng)PTN改造。

Step1（2020—2023 年）：在這一階段，對(duì)于新建路段構(gòu)建PTN 接入網(wǎng)并選擇PTN 設(shè)備，接入既有MSTP 干線網(wǎng)，以形成MSTP+PTN 的混合組網(wǎng)模式，這種結(jié)構(gòu)下仍采用的是STM-16/64 網(wǎng)絡(luò)，且高速公路干線PTN設(shè)備實(shí)際為SDH功能配置。

Step2（2024—2026 年）：隨著現(xiàn)有MSTP 網(wǎng)絡(luò)中新建PTN 接入網(wǎng)數(shù)量的增多，混合網(wǎng)內(nèi)新建干線PTN設(shè)備量會(huì)逐漸超過(guò)既有MSTP 設(shè)備量，此時(shí)應(yīng)在PTN設(shè)備中另設(shè)光纜，從而單獨(dú)組成PTN 干線GE/IOGE 環(huán)網(wǎng)，并加載MPLS-TP 協(xié)議，以便對(duì)IP 業(yè)務(wù)端至端透明傳輸提供高質(zhì)量電信級(jí)保護(hù)。

Step3（2027—2029 年）：隨著路段既有MSTP 設(shè)備的改造及新建干線PTN 設(shè)備對(duì)既有設(shè)備的替代，原MSTP 設(shè)備將徹底改造為PTN 設(shè)備，至此，高速公路通信系統(tǒng)全部實(shí)現(xiàn)PTN改造。

5.2.3 PTN技術(shù)應(yīng)用中需注意的問(wèn)題

PTN 分組傳送技術(shù)中MPLS-TP 架構(gòu)/功能及互通標(biāo)準(zhǔn)將更加完善，并同時(shí)會(huì)獲得Control Plane、OAM等標(biāo)準(zhǔn)支撐。建議采用單獨(dú)組網(wǎng)的方式將PTN 技術(shù)引入本地網(wǎng)，MSTP為以TDM 業(yè)務(wù)為主的2G等服務(wù)，并以PTN 技術(shù)為MSTP 雙平面，以IP 為主，為T(mén)D 網(wǎng)絡(luò)提供相關(guān)構(gòu)建服務(wù)；骨干及匯聚節(jié)點(diǎn)等均通過(guò)2.5G光纖互通，完成IP 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等的處理。考慮到早期MSTP 組網(wǎng)光纜網(wǎng)處于基本完成狀態(tài)，且單節(jié)點(diǎn)或跨節(jié)點(diǎn)帶環(huán)，環(huán)節(jié)接入點(diǎn)普遍較多，帶寬不足，時(shí)隙混亂，因此，PTN 組網(wǎng)過(guò)程中必須重點(diǎn)關(guān)注標(biāo)簽規(guī)劃、業(yè)務(wù)規(guī)劃及帶寬預(yù)留，控制節(jié)點(diǎn)數(shù)量以及充分滿足多業(yè)務(wù)接入需求，采用匯聚環(huán)布局。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著高速公路通信系統(tǒng)建設(shè)要求的不斷提升，全業(yè)務(wù)需求不斷增加，PTN 組網(wǎng)技術(shù)能更好地滿足現(xiàn)代通信網(wǎng)傳送需求，成為通信技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，PTN 設(shè)備也不斷改進(jìn)，不可否認(rèn)的是，良好的組網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的穩(wěn)定性、通暢性十分重要。高速公路通信系統(tǒng)中應(yīng)用PTN 技術(shù)體現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)，科學(xué)合理的PTN 技術(shù)運(yùn)行方案是保證高速公路通信系統(tǒng)規(guī)范、高效、穩(wěn)定運(yùn)行的前提，PTN 技術(shù)可以獨(dú)立組網(wǎng)運(yùn)行，也可以和通路既有MSTP 通信系統(tǒng)聯(lián)合組網(wǎng)，逐步取代MSTP 通信，有效規(guī)避該技術(shù)全面介入的風(fēng)險(xiǎn)；PTN 技術(shù)所具備的彈性通道還能拓寬高速公路通信系統(tǒng)服務(wù)領(lǐng)域，并保證公路通信系統(tǒng)始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

未來(lái)，在全國(guó)高速公路城域網(wǎng)核心層、匯聚層及接入層均會(huì)實(shí)現(xiàn)PTN 獨(dú)立組網(wǎng)，為此，應(yīng)將高速公路網(wǎng)通信同城設(shè)計(jì)核心層利用PTN 組網(wǎng)視為研究開(kāi)發(fā)重點(diǎn)，不斷開(kāi)拓PTN 技術(shù)在工程應(yīng)用中的新領(lǐng)域，為高速公路通信系統(tǒng)的升級(jí)完善提供參考借鑒。